实验3.7 差动放大器

1、低频电子线路实验 实验3.7差动放大器一、实验目的（1）理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法。（2）掌握差动放大器的零点调整及静态工作点的测试方法。（3）掌握差动放大器的差模放大倍数、共模放大倍数和共模抑制比的测量方法。二、实验设备及材料函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板三、实验原理图3.7.1差动放大器实验电路差动放大器实验电路如图3.7.1所示，其中晶体管T1T2称为差分对管，与电阻RC1、RC2及电位器RW共同组成差动放大的基本电路。其中RC1=RC2,Rw为调零电位器，C1C2WC1C2W若电路完全对称，静态时RW应处为中点位置，若电

2、路不对称，调节RW，使U两端静WWo态时的电位相等（U=0）。o晶体管T3、D,与电阻R3和R2组成恒流源电路，可以为差动放大器提供恒定电流31e32/0。两个R1为均衡电阻，给差动放大器提供对称的差模输入信号。由于电路参数完全对称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响都是一样的，因此差动放大器能有效的抑制零点漂移。1、差动放大器的输入输出方式，如图3.7.1所示电路。根据输入信号和输出信号的不同方式有四种连接方式。（1）双端输入一双端输出：输入信号U加在U2两端：U.=U.-U.2；输出Uii1i2ii1i2o取自UU2两端：U=U-U2。1212（2）双端输入一单端输出：输入信号

3、U.加在U.、U2两端：U.=U-U2；输出Uii1i2ii1i2o取自U1或U2到地的信号：U=U1或U=U2。1212单端输入一双端输出：输入信号加在U上，U.2接地(或U接地而信号加TOC o 1-5 h zi1i2i1在U2上)；输出U取自UU2两端：U=U-u2。i21212单端输入单端输出：输入信号加在Ui1上，Ui2接地(或Ui1接地而信号加i1i2i1在U2上)；输出U取自U1或U2到地的信号：U=U1或U=U2。i21212连接方式不同，电路的性能参数有所不同。2、静态工作点的计算具有恒流源的差动放大器静态时(U.=0),由恒流源电路得i3-7-1)3-7-2)(3-7-3)

4、U-UI=DBE0Re3其中UD为稳压管。7的稳压值，UBE为发射结压降。D1BE差动放大器中的T、T参数对称，则IC1=IC2=I0/2IRU=U=U-1R=U-0C1C1C2CCC1C1CC2由(3-7-3)式可知，具有恒流源的差动放大器的工作点，主要由恒流源I0决定。3、差动放大器的主要指标计算(1)差模放大倍数Audud由分析可知，差动放大器在单端输入或双端输入方式不同时，它们的差模电压增益相同。但是对双端输出和单端输出方式的不同，差模电压增益不同。在此仅分析双端输入情形，单端输入情形可自行分析。差动放大器的两个输入端分别输入两个大小相等，极性相反的差模信号U.d1、Udid1id2(

5、u.d1=-u.d2),差动放大器的差模输入信号u.d=u.d1-u.d2。id1id2idid1id2双端输入双端输出时，差动放大器的差模电压增益为A=odudUidU-UAod1od2=AU-Uu1id1id2PRLR-R+r+(1+P)wbbe23-7-4)式中RlROAui为单管电压增益。双端输入单端输出时，差模电压增益为：Aod1ud1UidUod12Uid1Au1卩RLR2(R+r+(1+P)f)bbe23-7-5)式中R=RIIR。LCL(2)共模放大倍数AuCuC差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等，极性相同的共模信号，即U=U=Uici1i2单端输出时的共模电压增益A=

6、oci=ue2=AuC1UUuC2iCiC卩RRR+r+(1+卩)+(1+P)Rbbe2e3-7-6)式中R为恒流源的交流等效电阻。即eR=r(1+”3*e3)(3-7-7)ece3r+R+Rbe3E3Br=300Q+(1+26(豊)(3-7-8)be3I(mA)E33-7-9)R=R|rB2D1其中r为稳压管。/的动态电阻。由于r(T3的集电极输出电阻)一般为几百千欧,D11be3所以RR，故共模电压增益ACV1,在单端输出时，共模信号得到了抑制。eLuC双端输出时，在电路完全对称情况下，则输出电压uC1=uC2，共模增益为C1C2U-UA=oC1uC2=0(3-7-10)uCUiC式(3-

7、7-10)说明，双端输出时，对零点漂移，电源波动等干扰信号有很强的抑制能力。如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则与U2的值近似为零，示波器观12测U与U2的波形近似于一条水平直线。共模放大倍数近似为零，则共模抑制比kcmr12CMR为无穷大。如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则U1、U2为一对大小相等极12性相反的正弦波(示波器幅度调节到最低档)，用长尾式差动放大电路可观察到U1、1U2分别为正弦波，实际上对管参数不一致，受信号频率与对管内部容性的影响，大小2和相位可能有出入，但不影响正弦波的出现。(3)共模抑制比KCMR差动放大电器性能的优劣常用共模抑制比Kcmr来衡量，即：AAK=

8、ud_或K=20lgudCMRACMRAuCuCdB3-7-11)单端输出时，共模抑制比为：ud13-7-12)CMRuC+rbe+(1+双端输出时，共模抑制比为：KCMRA-UT=8AuC3-7-13)四、实验内容如图3.7.1所示连接实验电路，将F点与C点相连接。注意正、负电源的接法。1、调整静态工作点（操作性实验）接上正、负电源，不加输入信号，将输入端、U2两点接地，再用万用表直流档i1i2分别测量差分对管T、T2的集电极对地的电压UC1、UC2。如果测量结果UC1UC2，调整电位器RW使UC1=UC2,或者使它们非常接近。若调节RW始终都无法满足UC1=UC2且WC1C2WC1C2相差

9、比较大时，可适当调整电路的参数如RC1或RC2，使RC1与RC2不相等以满足电路对称（比如在RC1上并接一个电阻，这样减小RC1使电路对称）。再调节RW满足UC1=UC2oC1C1WC1C2然后分别测量uc1、uc2、ub1、ub2、ue1、ue2的电压，根据测量数据计算ic1和iC2，记入表3-7-1中左边实际测量值栏内，与右边的理论计算值进行比较。表3-7-1静态工作点测量数据记录I0=mA（电压单位/V；电流单位/mA）实际测量值理论计算值T1T2T1T2UB1UE1UC1IC1UB2UE2UC2IC2UB1UE1UC1IC1UB2UE2UC2IC22、单端输入电路的测量（验证性实验）将

10、U2端接地，从U端输入f=1kHz、Uid=50mV正弦波信号i2i1idp-p（1）单端输出双踪示波器两个探头，分别测量单端差模输出电压Ud1（U1）Ud2（U2）的波形,d11d22观察它们的相位关系。记录Ud1和Ud2的波形与幅度（峰峰值），以U.d的相位为参考,d1d2id表示出它们之间的相位关系。计算单端输出的差模放大倍数Aud（单）记入表3-7-2。单端测量、电路数据、恒流源差动放大器典型差动放大器（Rg10kQ）UU；d=50mVppU；d=50mVppU1IdppIdppU2U=U-U,A=U、/U.A=U/U.u（双）o11表3-7-2差动放大器测量数据记录（单端输入情形）2

11、）双端输出tuod测量双端输出差模电压Ud（=Ud1-Ud2）的波形，方法是dd1d2在前面测量Ud1和Ud2的基础上，调节“VOLTS/DIV”垂直灵敏度及其微调档使CHd1d21CH2两通道完全相同，在“MODE”垂直显示方式中选择“ADD”叠加方式，按下“CH2INV”CH2反相按键，即可得到差分波形Ud。记录Ud的波形与幅度（峰峰值），计算2odod差模双端输出的放大倍数Ad（、，记入表3-7-2。d（双）（3）用固定电阻R=10kQ代替恒流源电路，即将F点与D点相连接，组成典型e的长尾式差动放大电路，静态（U=0）时调节RW，使U=0o再重复上述实验步骤（1）、iWo（2），记入表3

12、-7-2，并与恒流源电路相比较后说明。3、双端输入情形测量（验证性实验）（1）共模信号输入将输入端J、U.2两点连接在一起，从U.1端输入f=1kHz、有效值为1V的正弦信号UC为共模信号，双踪示波器观察单端共模输出UC1（U,）和UC2（U2）波形，注TOC o 1-5 h ziCC11C22意观察它们的相位关系。用毫伏表分别测量T、T2两管集电极对地的共模输出电压UC112C1和UC2（注意表示出它们之间的相位关系），则双端输出的共模电压为UC=UC1-uC2oC2CC1C2自拟表格记录测量数据并计算出单端输出的共模放大倍数AC（S）（AC1或AC2）、双端uC（单）uC1uC2输出的共模

13、放大倍数AC（m）ouC（双）（2）差模信号输入Uy乙端分别与A、B点连接，将两路差模信号U.U（预习准备好）分别输i1i2i1i2入U.、U.2端。与共模输入情形时类似，测量差模输入时单端输出和双端输出的放大倍i1i2数Ad（单、Ad（w）和共模抑制比KcmR（单、Kcmr（w）o自拟表格记录测量与计算数据。d（单）ud（双）CMR（单）CMR（双）4、差动放大器的差模传输特性测试（验证性实验）差动放大器的F点与C点相连接。把信号发生器输出f=100Hz、Uid=50mVp-p的正弦波信号输入到差动放大器的U端，卩.2端接地；同时将此输入信号送至示波器的i1i2“TRIGIN”外触发信号输入端。示波器的“SOURCE”触发源选择置“EXT”外触发位置；“TIME/DIV”水平扫描速度开关置“X-Y”位置。差动放大器的两输出端U1和o1U2分别接至示波器的CHCH2输入端。示波器的“MODE”垂直方式开关置“DUAL”o212两通道同时显示位置，并且CH、CH2的垂直灵敏度应相同。逐渐增大信号发生器输出的信号幅度，即可在示波器显示屏上显示出差动放